逐層銑削成像法物體三維模型重建.pdf

1、機械制造行業(yè)的快速發(fā)展，提高了對產(chǎn)品快速創(chuàng)新設計的要求，其中反向工程技術，不僅可以縮短產(chǎn)品開發(fā)、研制、調(diào)研的周期，還能節(jié)省生產(chǎn)成本。對具有自由曲面或復雜內(nèi)腔結構的零件或模具進行質量檢查和數(shù)據(jù)測量是反向工程領域的常見問題，而逐層銑削成像法是解決上述問題的主要方法，然而，由于逐層銑削成像裝置的價格昂貴、體積龐大，其應用范圍受到了極大限制。因此，設計出結構簡單、輕便快捷的數(shù)據(jù)采集裝置，并實現(xiàn)較高精度的三維模型重建既是反向工程一項難點，也是本文

2、的研究目的。本文首先將成像設備固定在普通HAAS機床上，通過機床與圖像采集設備的協(xié)調(diào)工作，從而實現(xiàn)方便、準確、快速的斷層圖像采集；然后對圖像進行去噪、邊緣檢測、相機標定及三維重建處理，最終得到被測物體的CAD三維模型。基于以上思路，本文的具體研究內(nèi)容如下：
　　(1)數(shù)據(jù)采集平臺及方案的設計
　　首先對被測件進行預處理工作，包括鋁合金被測件的設計加工、尺寸及精度的測量，雙酚A型環(huán)氧樹脂對被測件的填充包裹；然后設計試驗方案并搭

3、建試驗臺，對被測件進行銑削及圖像采集工作。試驗共采集270層2700張的斷層圖像，供后續(xù)研究使用。
　　(2)圖像處理方法及相機標定方法的研究
　　首先針對采集所得斷層圖像的特點，重點研究了圖像處理方法中的邊緣檢測方法、輪廓跟蹤算法及相機標定方法。然后，通過比較利用不同方法獲取的斷層圖像邊緣定位精度，選擇LOG邊緣檢測方法與MATLAB相機標定工具箱對斷層圖像進行處理。由于相機標定的精度直接影響模型重建精度，本文針對MATL

4、AB標定工具箱，從理論、仿真、試驗三個方面研究相機標定精度的影響因素，并確定適合本文成像設備的最佳標定圖像數(shù)量及棋盤標定板規(guī)格。最后為進一步提高斷層圖像的邊緣檢測的精度，研究了基于空間矩的亞像素定位算法，使得邊緣檢測精度提高了近40％。
　　(3)模型三維重建及精度評價
　　根據(jù)被測件的點云數(shù)據(jù)特點，選擇基于輪廓線的重建方法對三維模型進行重建。首先使用IMAGEWARE軟件逐層擬合被測件的點云數(shù)據(jù)，然后利用UG軟件的宏功能對